用于不同几何偏差下飞机连接构件制孔试验的夹持装置

技术领域

本申请涉及复合材料制孔加工技术领域，具体涉及一种用于不同几何偏差下飞机连接构件制孔试验的夹持装置，以用于不同孔位置度与孔垂直度状态下的制孔试验。

背景技术

在航空航天领域中，复合材料-复合材料连接结构、复合材料-金属连接结构，以及金属连接结构大量应用于装配连接组件部位，是承受载荷的关键部位，也是容易产生应力集中的部位。在飞机的各种故障中，飞机机体损伤故障占到总故障的30％以上。对于飞机机体损伤，机体上的每一个机械连接孔都是潜在的损伤源；连接孔周围应力集中、孔壁的微损伤都是导致飞机机体损伤故障的主要因素。因此，提升飞机机体连接孔的制孔质量和制孔精度，是提高飞机机体承力结构整体质量、降低机体损伤的关键。

机械连接孔周围的应力集中通常是由制孔过程中的制孔误差导致的。制孔过程中的制孔误差通常在后续装配过程中通过强迫连接的手段进行补偿，严重影响连接结构的承载能力与疲劳强度。因此需要通过大量的制孔试验，获得不同制孔工艺误差对连接结构承载能力的影响，从而提高其力学性能具。

制孔误差包括制孔几何误差、制孔工艺参数误差等，其中几何误差包括孔位置度误差、孔径误差、孔垂直度误差。为了获得不同几何误差对连接结构承载性能的影响，需要在制孔阶段针对不同预设误差开展制孔加工试验。孔径误差通常可以通过刀具来控制，而孔位置度偏差、孔垂直度偏差与加工过程中的非系统性误差有很大关联，难以得到精确控制，需要在制孔试验过程中采用专用的夹持装置来辅助进行控制。

发明内容

为了解决现有夹具无法实现在制孔过程中对制孔位置度、垂直度的调节和控制等问题，本申请提供一种用于不同几何偏差下飞机连接构件制孔试验的夹持装置，包括：

夹持模块，用于夹持所述飞机连接构件；

第一调节模块，包括：

第二安装部件，与所述夹持模块相连；

第二调节部件，与所述第二安装部件相连，通过游标蜗杆与弧面蜗块的配合来调节所述夹持模块的倾角；

第二调节模块，包括：

第三安装部件，与所述第一调节模块相连；

第三调节部件，与所述第三安装部件相连，通过螺旋杆与滑动元件的配合来调节所述夹持模块的位移。

根据本申请的一些实施例，所述第二调节部件包括：

转动盘，与所述第二安装部件相连；

蜗轮块，包括所述弧面蜗块，与所述转动盘相连；

蜗杆座，包括所述游标蜗杆，与所述蜗轮块相连；

调节旋钮，与所述蜗杆座相连，带动所述游标蜗杆运动。

根据本申请的一些实施例，所述第三调节部件包括：

所述滑动元件，与所述第三安装部件相连；

推动块，与所述滑动元件相连；

所述螺旋杆，与所述推动块相连，通过所述推动块将位移传递至所述滑动元件。

根据本申请的一些实施例，所述第三调节部件还包括：

锁紧元件，与所述滑动元件相连，用于锁定所述滑动元件。

根据本申请的一些实施例，所述夹持模块包括：

夹持部件，包括一组间距可调的夹持盘，通过间距调整来夹紧所述飞机连接构件；

压紧部件，与所述与夹持部件相连，用于压紧所述飞机连接构件；

间距调节部件，与所述夹持部件相连；

其中，所述间距调节部件包括第一调节元件和第二调节元件，所述夹持部件与所述第一调节元件相连，通过所述第一调节元件和第二调节元件之间的相对运动，来调节所述夹持盘之间的间距。

所述第一调节元件包括丝杠基座，所述第二调节元件包括调节螺杆。

根据本申请的一些实施例，所述压紧部件包括一组压板，并且通过所述压板上的螺栓固定在所述夹持部件上的不同位置处。

根据本申请的一些实施例，所述夹持模块还包括：

第一安装部件，包括凹槽；

导轨，与所述间距调节部件相连，设置于所述凹槽中。

根据本申请的一些实施例，所述夹持装置还包括基座模块，与所述第二调节模块相连。

根据本申请的一些实施例，所述基座模块包括U型安装槽，所述基座模块的形状包括沿中心对称的品字形。

本申请提供的用于飞机连接构件制孔试验的夹持装置，采用游标蜗杆结构来调节试件安装的倾斜角度，采用螺杆滑块结构来调节试件安装的位置度，从而能够在预设倾斜角度和位置度情况下进行制孔试验；其中，倾斜角度的调整幅度为≤±15°，倾斜角度调节精度能够达到0.1°；位置度的调整范围为小于10.5mm，位置度的调节精度能够达到0.01mm，实现了对制孔过程中孔的垂直度与位置度偏差的精准控制。此外，本申请提供的夹持装置能够通过最大40Nm的装夹力矩，来保证试件的装夹稳定性，减小制孔过程中的试件振动。再者，本申请提供的夹持装置安装体积小，拆卸方便，便于制孔试片更换，简化了试件的装夹工序，减小了在制孔设备上的占用空间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1A示出了根据本申请示例实施例的夹持装置的主视图；

图1B示出了根据本申请示例实施例的夹持装置的立体图。

图2示出了根据本申请示例实施例的夹持模块的结构示意图；

图3示出了根据本申请示例实施例的第一调节模块的结构示意图；

图4A示出了根据本申请示例实施例的第二调节模块的结构示意图；

图4B示出了根据本申请示例实施例的第二调节模块的主视图；

图5示出了根据本申请示例实施例的基座模块结构示意图；

图6示出了根据本申请示例实施例的制孔试件装夹示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的术语“第一”、“第二”、“上部”、“下部”、“左部”、“右部”等是用于区别不同对象，而不是用于描述预定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的预定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

目前，在飞机连接构件制孔试验过程中，采用的夹持装置通常为L型的一体式夹具，在L型板件的两侧壁上通过多个螺栓沉孔来实现夹具与制孔设备之间的固定；通常会在夹具上的多个位置预留通孔，来对制孔试件上的制孔位置进行预先设定；对制孔试件的装夹预紧通常采用沉孔螺栓与压板配合的方式来进行压紧。现有的夹具无法实现在制孔过程中对制孔位置度、垂直度的高精度调节和控制。为此，本申请提供了一种用于飞机连接结构制孔试验的夹持装置，使得在制孔实现中能够对孔位置度和孔垂直度进行高精度的调节和控制。

下面将结合附图，详细介绍本申请的技术方案。

图1A示出了根据本申请示例实施例的夹持装置的主视图；图1B示出了根据本申请示例实施例的夹持装置的立体图。

如图1A和1B所示，本申请提供的用于不同几何偏差下飞机连接构件制孔试验的夹持装置1000可以包括夹持模块100、第一调节模块200、第二调节模块300和基座模块400。其中，夹持模块100用于飞机连接构件制孔试验用的试件的安装和固定。根据本申请的一些实施例，试件可以是复合材料-复合材料连接结构试件、复合材料-金属连接结构试件，或者金属连接结构试件。本申请中，以复合材料-复合材料连接结构试件为例进行说明。根据制孔试验要求，通常采用厚度小于7.2mm，长度小于135mm，宽度小于50mm的长方形条状试件来进行制孔试验。对于试件本身，无需限定孔位置度及孔的尺寸公差等要求。第一调节模块200用于调节试件安装的倾斜角度，从而实现不同孔垂直度要求下的制孔试验。第二调节模块300用于调节试件安装的水平位置，从而实现不同孔位置度要求下的制孔试验。基座模块400用于夹持装置1000与制孔试验设备之间的安装和固定。

图2示出了根据本申请示例实施例的夹持模块的结构示意图。

根据本申请的一些实施例，夹持模块100用于试件的安装和固定。如图2所示，夹持模块100包括夹持部件110、压紧部件120、间距调节部件130和第一安装部件140。

如图2所示，压紧部件120与夹持部件110相连，从而将试件压紧在夹持部件110中。夹持部件110可以是一组间距可调的夹持盘，夹持盘相对的内侧可以分别设置凹槽112，用于将试件安装在凹槽112中。凹槽112可以使得试件在宽度方向上与夹持盘保持贴合，从而保证试件装夹定位的稳定性。夹持部件110可以是长方形，也可以是其它形状，只要能满足试件的安装即可。凹槽112的形状可以是L形，也可以是其它形状，只要能满足试件的安装即可，本申请对此不做限制。根据本申请的示例实施例，压紧部件120可以是一组压板，通过压板上的压紧螺栓121与夹持部件上的螺栓孔111相互配合，从而实现压紧部件的固定，进而压紧试件。通过选择不同的螺栓孔111，可以选择不同的夹持点，进而可以满足不同试件的安装定位要求。根据本申请的示例实施例，压紧部件120的形状可以是“凹”字形，也可以是其它形状；压紧部件120的数量可以是两个或更多个，本申请对此不做限定。

间距调节部件130与夹持部件110相连，用于调节试件的夹持宽度，进而在宽度方向上夹紧试件。例如，间距调节部件130可以调节一组夹持盘之间的距离，从而调节试件夹持宽度，以适应不同尺寸的试件的夹紧要求。根据本申请的示例实施例，间距调节部件130可以包括第一调节元件131和第二调节元件132。夹持部件110与第一调节元件131相连，通过第一调节元件131和第二调节元件132之间的相对运动，从而调节夹持部件110的两个夹持盘之间的间距。根据本申请的一些实施例，第一调节元件131可以是丝杠基座，第二调节元件132可以调节螺杆。例如，可以使用力矩扳手旋转来旋转调节螺栓，进而带动丝杠基座与夹持部件110移动，从而夹紧试件。

第一安装部件140与间距调节部件130相连。参见图2，第一安装部件140可以设置一凹槽。间距调节部件130中的第二调节元件132(例如，调节螺杆)可以设置在凹槽中，从而减小夹持装置的整体尺寸。根据本申请的示例实施例，第一安装部件140的凹槽中可以设置导轨141。通过导轨141，来确定试件夹紧过程中夹持部件110的位移方向。在组装过程中，可以先将第一调节元件131安装在第一安装部件140的导轨141，通过间距调节部件130滑动调整夹持部件110之间的距离至合适位置(例如，夹持盘之间的距离略大于试件的宽度)后，可以使用连接螺栓来完成连接固定。

图3示出了根据本申请示例实施例的第一调节模块的结构示意图。

如图3所示，第一调节模块200用于调节试件安装的倾斜角度，从而实现在不同孔垂直度下的制孔试验。参见图3，第一调节模块200可以包括第一连接部件210、第二安装部件220、第二调节部件230和第二连接部件240。

第一连接部件210用于第一调节模块200与夹持模块100之间的固定连接。根据本申请的一些实施例，第一连接部件210可以是一组连接螺栓、呈环形排列。如图3所示，连接螺栓的数量可以是8个，或者更多个，本申请对此不做限制。第二安装部件220主要用于第二调节部件230的固定安装。如图3所示，第二调节部件220可以是一个安装板，安装板的一次设置第一连接部件210，安装板的另一侧设置第二调节部件230。

第二调节部件230包括转动元件和与之相连的驱动元件。根据本申请的示例实施例，转动元件可以包括转动盘231和蜗轮块232，驱动元件可以包括蜗杆座233和调节旋钮234。根据本申请的示例实施例，蜗杆座233可以是游标蜗杆座，蜗轮块232可以是弧面蜗轮结构。通过转动调节旋钮234可以联结蜗杆座233中的蜗杆进行运动，从而驱动蜗轮块232以及转动盘231绕X方向进行转动，进一步带动夹持模块100转动，进而实现对试件制孔位置的绕X方向角度的调节。根据本申请的一些实施例，通过第二调节部件230，能够实现±15°倾角范围内的转动。根据本申请的一些实施例，调节旋钮234采用主副刻度表盘差值读数调节旋钮，采用韦尼埃游标原理通过主副刻度表盘差值读数，能够实现0.1°的转动精度控制。

第二连接部件240设置于第二调节部件230上，例如设置于蜗杆座233上，以用于第一调节模块200与第二调节模块300之间的连接。根据本申请的一些实施例，第二连接部件240可以是一组连接螺栓，本申请对此不做限定。

图4A示出了根据本申请示例实施例的第二调节模块的结构示意图，图4B示出了根据本申请示例实施例的第二调节模块的主视图。

如图4A和4B所示，第二调节模块300用于调节试件在X方向上的位移。根据本申请的一些实施例，第二调节模块300可以包括第三安装部件310、第三调节部件320、第四安装部件330。

第三安装部件310可以是安装座，其上设置一组螺栓孔，用于与第一调节模块上的连接螺栓进行配合，以将第二调节模块300与第一调节模块200相连。第三调节部件320可以包括滑动元件321、推动块322、调节手柄323和锁紧元件324；滑动元件321可以通过螺栓连接，与第三安装部件310相连。第三调节部件320可以是螺旋微距位移部件，其功能在实现试件在X方向(参见图2)上的位移调节与锁定。

其中，调节手柄323可以是螺旋杆，螺旋杆与推动块322相配合；推动块322与滑动元件321相连，例如通过螺栓连接相连；调节手柄323可以设置于第四安装部件330上。根据本申请的一些实施例，滑动元件可以是上轨滑块。通过旋转螺旋杆，可以将位移通过推动块322传递给滑动元件321，进而带动第三安装部件310以及与之相连的第一调节模块200的位移运动，从而调节试件的安装位移。锁紧元件324可以是紧固螺钉，位移调节之后，通过拧紧紧固螺钉可以锁定滑动元件321的位置，松开紧固螺钉后滑动元件321可滑动复位。根据申请的一些实施例，调节手柄323采用带刻度的螺旋杆，例如螺旋千分尺，通过螺旋杆上的刻度能够精确控制运动位移。

图5示出了根据本申请示例实施例的基座模块结构示意图。

如图5所示，基座模块400可以包括安装座410和设置于安装座上的安装槽411。基座模块400用于其它功能模块的安装定位，并实现夹持装置1000在制孔试验设备上的固定。其中，安装座410可以与第二调节模块300相连，例如可以与第四安装部件330相连。根据本申请的一些实施，安装座410的形状可以是品字形，从而可以为基座的安装预留出充足的空间。根据本申请的一些实施，安装座410可以是沿基座中心对称的连接耳座，从而保证安装于制孔设备上的对中性。安装槽411可以是U型槽，便于整个夹持装置在制孔设备上的固定。

图6示出了根据本申请示例实施例的制孔试件装夹示意图。

在制孔试验过程中，试件500可以安装在夹持模块100的夹持部件的凹槽中，并与凹槽的侧面贴合。使用力矩扳手旋转夹持模块100上的调节螺杆，以调节夹持模块100的夹持部件之间的距离，能够在侧向施加最大40Nm的夹持力矩，从而夹紧试片500。通过压紧部件120及压紧螺栓121，在选取合适位置的安装孔之后，完成对试件500的压紧，保障制孔过程试件的装夹稳定。

试件500装夹稳定之后，可以是通过第一调节模块200上设置的第二连接部件(例如螺栓)来实现第一调节模块200与第二调节模块300的连接。连接之后，通过旋转调节旋钮234，推动转动盘231进行转动，从而利用游标原理精准调控试件绕X方向的倾斜角度。通过旋转第三安装部件310上的调节手柄，通过推动块带动滑动元件微距移动，从而控制试件500的制孔位置；通过拧紧锁紧元件可以实现对对调整位姿的锁紧。

试件的倾角、位置调整好之后，夹持装置1000可以通过基座模块400上的U型安装槽安装到制孔设备上，例如安装到数控加工机床上。经过对刀并设定相关加工参数后，即可开展不同倾角、不同制孔位置下的制孔试验。

本申请提供的用于飞机连接构件制孔试验的夹持装置，采用游标蜗杆结构来调节试件安装的倾斜角度，采用螺杆滑块结构来调节试件安装的位置度，从而能够在预设倾斜角度和位置度情况下进行制孔试验；其中，倾斜角度的调整幅度为≤±15°，倾斜角度调节精度能够达到0.1°；位置度的调整范围为小于10.5mm，位置度的调节精度能够达到0.01mm，实现了对制孔过程中孔的垂直度与位置度偏差的精准控制。此外，本申请提供的夹持装置能够通过最大40Nm的装夹力矩，来保证试件的装夹稳定性，减小制孔过程中的试件振动。再者，本申请提供的夹持装置安装体积小，拆卸方便，便于制孔试片更换，简化了试件的装夹工序，减小了在制孔设备上的占用空间。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。